იზოლირებული სისტემა თერმოდინამიკაში: განმარტება, მახასიათებლები და მაგალითები

2024 ავტორი: Henry Conors | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-02-12 09:37

თერმოდინამიკაში არსებობს რამდენიმე ტიპის სისტემა: იზოლირებული და არაიზოლირებული. სად არის ისინი ნაპოვნი, როდის გამოიყენება, გვიჩვენებს, რამდენად სასარგებლოა ისინი და როგორ მოვუაროთ მათ. წინააღმდეგ შემთხვევაში, თუ ასეთი სისტემები საზიანო აღმოჩნდება ადამიანის მუშაობისთვის, როგორ მოვიშოროთ ისინი.

რა არის ეს?

იზოლირებული სისტემა არის ატომებისა და მოლეკულების აბსოლუტურად ნებისმიერი დაგროვება (ნივთი, პლანეტა, ადამიანის სხეული), რომელიც ინარჩუნებს ყველა მატერიის ენერგიას. ასეთი სისტემა მთლიანად იზოლირებულია გარე სამყაროსგან, მას ასევე უწოდებენ დახურულს.

იზოლირებული სისტემის არსი იმაში მდგომარეობს, რომ მთელი თავისი სურვილით არ გაიზიაროს სითბო, არ დახარჯოს ენერგიას, ნივთიერება ძალით უნდა წაართვას მას. მაგალითად, შეგიძლიათ დაათვალიეროთ აკვარიუმი. მის შიგნით მიმდინარეობს პროცესები: თევზი კვდება, წყალი ფუჭდება, ჭურვები იშლება. მაგრამ აკვარიუმი არ შედის კონტაქტში გარე გარემოსთან.

იზოლირებული სისტემის კიდევ ერთი მაგალითია რკინა - ის თავად არ დახარჯავს ენერგიას, არ იზიარებს ნივთიერებებს. ასეთი ფენომენი შეინიშნება სატანკო ძრავებში, მზის სისტემაში - ყველაფერში, რაც ენერგიას არ უზიარებს სხვებს.

დახურული იზოლირებული სისტემებისთვისმანქანას ვერ აიღებთ - ის თავისით მოძრაობს გარკვეული სიჩქარით! მასში ასევე არ შედის ჩაიდანი, მცენარეები, ცოცხალი ორგანიზმები - ისინი იზიარებენ ნივთიერებებს გარე სამყაროსთან. ცოცხალი ორგანიზმები გამოყოფენ ნივთიერებათა ცვლის პროდუქტებს, მცენარეები - ჟანგბადს, ქვაბი - ორთქლს ადუღებისას.

საინტერესო ფაქტი: დახურულ სისტემას უწოდებენ სისტემას, სადაც წარმოქმნილი ძალებისა და მუშაობის ჯამი ნულის ტოლია და იზოლირებული - სადაც სხეულები უბრალოდ მოქმედებენ სხვა სისტემებისგან დამოუკიდებლად. ამავდროულად, იზოლირებული სისტემა ყოველთვის არ არის დახურული, მაგრამ დახურული სისტემა აუცილებლად იზოლირებული იქნება.

მოძრაობა ხაფანგია

არის ერთი გაფრთხილება: თვითონ არ შეუძლიათ გადაადგილება, მაგრამ თუ ვინმე გადააადგილებს, მაშინ წესი არ ირღვევა. ასე რომ, თუ აიღებთ იზოლირებულ სისტემას და გადააგდებთ მას სიმაღლიდან, შემთხვევით ჩამოაგდებთ, ჩამოაგდებთ პარაშუტიდან - არ აქვს მნიშვნელობა, ის არ შეწყვეტს იზოლირებას. თუ, რა თქმა უნდა, არ გატყდება ასეთი ქმედებების დროს - სიმაღლიდან გადაყრილი წყლის იგივე ბოთლი მთელ წყალს გამოყოფს - მატერიას გაუზიარებს სხვა სისტემებს - რაც ნიშნავს, რომ სისტემა აღარ დაიხურება.

ეს აღწერილობა ერგება პისტოლეტს და ტყვიას - არ მუშაობს თითის გარეშე სასხლეტზე, მძიმე სხეულზე და დედამიწაზე - არაფერი ხდება, თუ სხეულს მიწაზე არ დააყენებთ.

სიცხე ასევე გასათვალისწინებელია

თერმოდინამიკაში იზოლირებული სისტემა არის მაკროსხეული, რომელიც არასოდეს იზიარებს არაფერს: ენერგია, მატერია და სითბო არ სცილდება სისტემის საზღვრებს. ამის მაგალითია თერმოსი. ის ინარჩუნებს მასში ჩასხმული ჩაის ხარისხს, სასმელს ადამიანის ჩარევის გარეშე ძალით (გახსენით და დაასხითთავად) არ იზიარებს და ენერგიას არსად ხარჯავს.

უფრო მეტიც, იზოლირებული სისტემა ყოველთვის ცდილობს მიაღწიოს თერმოდინამიკურ წონასწორობას და სხვაა საჭირო მისი ამ მდგომარეობიდან გამოყვანა. ანუ იგივე თერმოსის მაგალითს თუ მოვიყვანთ, მაშინ გარემოში ხანგრძლივი ყოფნით ჩაი მაინც გაცივდება. ამიტომ საჭიროა ადამიანი, რომელიც ისევ ცხელი ჩაით შეავსებს და სისტემა ისევ თერმოდინამიკურად იზოლირებული იქნება.

რატომ არის საჭირო?

იზოლირებული სისტემის კონცეფცია მოიცავს ბევრ მექანიზმს, სისტემას და ეკოსისტემას. ადამიანს სჭირდება იმის გაგება, თუ როგორ არის მოწყობილი, რათა სათანადოდ იზრუნოს მათზე. თუ ეს არის აკვარიუმი, მაშინ სანამ მასში ხელებითა და ფეხებით ასვლით, ცდილობთ მის გაწმენდას, ჯერ უნდა ნახოთ, როგორ გააკეთოთ ყველაფერი ისე, რომ არ შეაწუხოთ იგი. თუ ეს მექანიზმები ან აღჭურვილობაა - როგორ გამოვიყენოთ ისინი, რათა შემდგომში მათი შეკეთება მტანჯველი არ იყოს.

ამავდროულად, თუ მას გლობალური მასშტაბით ავიღებთ, უდაბნოც იზოლირებული სისტემაა: მის შიგნით მიმდინარეობს სასიცოცხლო აქტივობის გარკვეული მექანიზმები, რომლებიც არ სცილდება მას. ტყეები, სტეპები, ვულკანები და ატმოსფერო შედარებით იზოლირებულ ეკოსისტემებს ემსახურება. ადამიანები, რომლებსაც არ ესმით როგორ მუშაობენ, ზოგჯერ ვერ აცნობიერებენ საკუთარ თავს უსიამოვნების მასშტაბებს, რომლებსაც ისინი ქმნიან.

არის კიდევ ერთი "მაგრამ". იზოლირებული სისტემა არასოდეს იარსებებს სხვა სისტემებისგან სრულიად განცალკევებული. მაგრამ ეს კონცეფცია არსებობს. მოსახერხებელია გამოთვლების გასაკეთებლად მათემატიკაში, თერმოდინამიკაში, ქიმიასა და ფიზიკაში. ყველაენერგია და მატერია, რომელსაც გამოყოფს იზოლირებული სისტემა, აღებულია როგორც ნული და მოქმედებს იმ რიცხვებით, რომლებიც საჭიროა იმ მომენტში.

იზოლირება არაიზოლირებული

ღია სისტემაც კი შეიძლება იზოლირებული გახდეს, თუკი მას გარემოსგან რაიმე გამოყოფს. ადიაბატური სისტემა მოქმედებს როგორც დანაყოფი, რომელიც ემსახურება როგორც გარსი ღია სისტემისთვის, რაც მას დახურულს ხდის. ის შეიძლება შევადაროთ საგნის გარშემო შემოხვეულ ფოლგას, რომელიც ცდილობს დაიცვას იგი მზის სხივებისგან.

თუ მას უფრო ფართო გაგებით შეხედავთ, მაშინ დედამიწის ატმოსფერო შეიძლება იყოს მაგალითი - ის იცავს პლანეტას კოსმოსური გავლენისგან და ემსახურება როგორც ჭურვი, რომელიც გვაძლევს სიცოცხლეს.

არსებობს იმპულსის შენარჩუნების კანონი დახურული იზოლირებული სისტემისთვის: იმპულსების ჯამი დახურულ სისტემაში რჩება მუდმივი, მიუხედავად იმისა, თუ როგორ ურთიერთობენ სხეულები ერთმანეთთან სისტემის შიგნით. და მართალია: მიუხედავად იმისა, რომ იმპულსების სიძლიერე შეიძლება შეიცვალოს დროთა განმავლობაში, გარემოებებით, შესაძლებლობებით, მათი ჯამი მაინც უცვლელი დარჩება.

სქელი წერტილი ბოლოს…

ამგვარად, დასკვნა თავისთავად გვთავაზობს შემდეგნაირად:

• იზოლირებული სისტემა მაქსიმალურად დამოუკიდებელია მისი გარემოსგან, რომელიც აწარმოებს ენერგიას, სამუშაოს და მატერიას თავის შიგნით. ის მუდმივი დარჩება, სანამ წონასწორობისკენ ისწრაფვის.
• დახურული იზოლირებული სისტემა ასევე არ იქნება დამოკიდებული გარემო პირობებზე, ვერაფერს განასხვავებს თავისგან, მაგრამ მასში მუშაობა მთლიანობაში ნულის ტოლი იქნება. ანუ იმპულსის შენარჩუნების კანონი იქნებავრცელდება ასეთ სისტემაზე და არა ღიაზე.
• თერმოდინამიკაში იზოლირებული სისტემა არ იქნება დამოკიდებული გარემოს სიცხეზე. მშენებლები ცდილობენ მიაღწიონ ამ მდგომარეობას სახლების იზოლირებისას. სხვათა შორის, ქაფი ადვილად შეიძლება გახდეს სახლის ადიაბატური გარსი, რაც მას იზოლირებულ სისტემად აქცევს.
• იზოლირებული სისტემა პრინციპში არ არსებობს: ყველაფერი ურთიერთქმედებს რაღაცასთან. თუ აკვარიუმს დახურავთ, წყალი ჟანგბადით ღარიბი იქნება, თევზი კი მოკვდება. ისინი მაინც წითელში რჩებიან.

მეცნიერებას სჭირდება იზოლირებული სისტემები, რათა ჰქონდეს ექსპერიმენტის სისუფთავე - ზოგიერთი რაოდენობა შეიძლება უგულებელყო. მაგრამ ცხოვრებაში - მათ სჭირდებათ სათანადო მოვლა და გამოყენება.